Hypotese, modell, teori og jus

Ved vanlig bruk har ordene hypotese, modell, teori og lov forskjellige tolkninger og brukes til tider uten presisjon, men i vitenskapen har de veldig eksakte betydninger.

Det kanskje vanskeligste og spennende trinnet er utviklingen av en spesifikk, testbar hypotese. En nyttig hypotese muliggjør spådommer ved å anvende deduktiv resonnement, ofte i form av matematisk analyse. Det er en begrenset uttalelse angående årsak og virkning i en spesifikk situasjon, som kan testes ved eksperimentering og observasjon eller ved statistisk analyse av sannsynlighetene fra dataene oppnådd. Utfallet av testhypotesen bør foreløpig være ukjent, slik at resultatene kan gi nyttige data angående gyldigheten av hypotesen.

Noen ganger utvikles en hypotese som må vente på at ny kunnskap eller teknologi kan testes. Begrepet atomer ble foreslått av gamle grekere, som ikke hadde noen måte å teste det på. Århundrer senere, da mer kunnskap ble tilgjengelig, fikk hypotesen støtte og ble til slutt akseptert av det vitenskapelige samfunnet, selv om den har måttet endres mange ganger i løpet av året. Atomer er ikke udelelige, slik grekerne antok.

EN modell brukes i situasjoner der det er kjent at hypotesen har en begrensning i gyldigheten. De Bohr-modell av atometviser for eksempel elektroner som sirkler atomkjernen på en måte som ligner planeter i solsystemet. Denne modellen er nyttig for å bestemme energiene i kvantetilstandene til elektronet i det enkle hydrogenatom, men det representerer på ingen måte atomens sanne natur. Forskere (og naturfagstudenter) bruker ofte slikt idealiserte modeller å få et første grep om å analysere komplekse situasjoner.

EN vitenskapelig teori eller lov representerer en hypotese (eller gruppe av beslektede hypoteser) som er bekreftet gjennom gjentatt testing, nesten alltid gjennomført i løpet av mange år. Vanligvis er en teori en forklaring på et sett relaterte fenomener, som evolusjonsteorien eller Big Bang teorien.

Ordet "lov" blir ofte påberopt med henvisning til en spesifikk matematisk ligning som relaterer de forskjellige elementene i en teori. Pascal's Law refererer til en ligning som beskriver forskjeller i trykk basert på høyde. I den samlede teorien om universell gravitasjon utviklet av Sir Isaac Newton, nøkkelligningen som beskriver gravitasjonsattraksjonen mellom to objekter kalles tyngdeloven.

I disse dager bruker fysikere sjelden ordet "lov" på ideene sine. Delvis skyldes dette at så mange av de tidligere "naturlovene" ble funnet å ikke være så mye lover som retningslinjer, som fungerer godt innenfor visse parametere, men ikke innenfor andre.

Når en vitenskapelig teori er etablert, er det veldig vanskelig å få det vitenskapelige samfunnet til å forkaste det. I fysikk kjørte eterbegrepet som medium for lysbølgetransmisjon alvorlig motstand på slutten av 1800-tallet, men det ble ikke sett bort fra før på begynnelsen av 1900-tallet, da Albert Einstein foreslått alternative forklaringer på bølgenes natur som ikke baserte seg på et medium for overføring.

Vitenskapsfilosofen Thomas Kuhn utviklet begrepet vitenskapelig paradigme å forklare det arbeidssettet med teorier som vitenskapen opererer under. Han gjorde omfattende arbeid med vitenskapelige revolusjoner som finner sted når ett paradigme velter til fordel for et nytt sett med teorier. Hans arbeid antyder at naturens natur endrer seg når disse paradigmene er vesentlig forskjellige. Naturen til fysikk før relativitet og kvantemekanikk er grunnleggende forskjellig fra den etter deres oppdagelse, akkurat som biologi før Darwins teori om evolusjon er vesentlig forskjellig fra biologien som fulgte den. Selve arten av henvendelsen endres.

En konsekvens av den vitenskapelige metoden er å prøve å opprettholde konsistens i etterforskningen når disse revolusjonene skjer og å unngå forsøk på å velte eksisterende paradigmer på ideologisk grunnlag.

Et prinsipp om merknad når det gjelder den vitenskapelige metoden er Occam's Razor (vekselvis stavet Ockham's Razor), som er oppkalt etter 1300-tallets engelske logiker og franciskanske friar William av Ockham. Occam skapte ikke konseptet - arbeidet til Thomas Aquinas og til og med Aristoteles refererte til en form for det. Navnet ble først tilskrevet ham (etter vår kunnskap) på 1800-tallet, noe som indikerte at han må ha støttet filosofien nok til at navnet hans ble assosiert med det.

Razor er ofte oppgitt på latin som:

entia non sunt multiplicanda praeter nødvendigvisatem

eller oversatt til engelsk:

enheter skal ikke multipliseres utover nødvendig

Occam's Razor indikerer at den mest enkle forklaringen som passer til tilgjengelige data, er den som er å foretrekke. Hvis vi antar at to hypoteser som er presentert har like forutsigbarhet, har den som gjør færrest antakelser og hypotetiske enheter forrang. Denne appellen til enkelhet er blitt vedtatt av det meste av vitenskapen, og blir påberopt i dette populære sitatet av Albert Einstein:

Alt skal gjøres så enkelt som mulig, men ikke enklere.

Det er viktig å merke seg at Occams Razor ikke beviser at den enklere hypotesen faktisk er den sanne forklaringen på hvordan naturen oppfører seg. Vitenskapelige prinsipper skal være så enkle som mulig, men det er ikke noe bevis på at naturen i seg selv er enkel.

Imidlertid er det generelt slik at når et mer komplekst system er i arbeid, er det et element av bevisene passer ikke til den enklere hypotesen, så Occam's Razor er sjelden feil da den kun omhandler hypoteser om rent lik prediktiv makt. Den prediktive kraften er viktigere enn enkelheten.

Redigert av Anne Marie Helmenstine, ph.d.